KR101206695B1 - 자동펌프 및 그 운전 제어방법 - Google Patents

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Abstract

자동펌프 및 그 운전 제어방법이 개시된다. 상기 자동펌프 및 그 운전 제어방법은, 유체의 유로를 형성하는 자동펌프의 하우징의 내부 압력 변화에 따라, 모터의 고정자 코일의 권선수를 선택적으로 스위칭하여 결선함으로써, 모터의 회전속도를 설정된 다단의 회전속도 중 적절한 어느 하나의 회전속도로 변속하거나 정지시킨다. 따라서, 종래의 자동펌프에 사용된 인버터가 필요 없으므로 원가가 절감되고, 부피가 감소된다.

Description

자동펌프 및 그 운전 제어방법 {AUTOMATIC PUMP AND OPERATION CONTROL MEHTOD OF THE SAME}
본 발명은 자동펌프 및 그 운전 제어방법에 관한 것이다.
펌프란 압력의 작용으로 유체를 수송하는 장치이고, 자동펌프란 유입된 유체를 강제로 배출시키기 위한 임펠러를 설정조건에 따라서 자동으로 회전 또는 정지시키는 펌프이다.
자동펌프는 유체의 유로를 형성하는 하우징을 가진다. 그리고, 모터의 회전력에 의하여 임펠러가 회전하는 종래의 자동펌프에는 상기 하우징의 내부 압력을 감지하는 압력스위치나, 상기 하우징의 외부로 배출되는 유량을 감지하는 유량스위치가 설치된다.
그리하여, 상기 하우징의 내부 압력에 따라 상기 모터를 구동 또는 정지시키거나, 상기 하우징의 외부로 배출되는 유량에 따라 상기 모터를 구동 또는 정지시킨다. 상기 모터의 구동 또는 정지에 의하여 상기 임펠러가 회전 또는 정지된다.
종래의 자동펌프는 상기 모터가 항상 일정한 회전속도로 구동하므로, 상기 임펠러가 항상 일정한 회전속도로 회전한다. 따라서, 배출하고자 하는 유량에 따라 상기 임펠러의 회전속도를 조절할 수 없으므로, 효율이 저하된다.
그리고, 상기 압력스위치가 설치된 자동펌프의 경우, 상기 하우징의 내부 압력 변화가 빈번하면, 상기 모터가 빈번하게 온/오프 되므로 에너지가 낭비되는 문제점이 있다. 또한, 상기 유량스위치가 설치된 자동펌프의 경우, 반응속도가 늦고, 배출 유량이 적을 경우 상기 모터의 제어가 어려운 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점들을 해소하기 위하여, 상기 하우징의 내부 압력을 감지하는 압력센서를 설치하고, 상기 압력센서에서 감지한 신호에 따라 직류를 교류로 전환하고 주파수와 전압을 변화시키는 인버터를 설치하여 상기 하우징의 내부 압력 또는 상기 하우징과 연통된 배출관의 내부 압력에 따라 모터의 회전속도를 조절하는 자동펌프가 개발되었다.
그러나, 인버터를 구비한 자동펌프는 고가(高價)인 인버터를 사용하므로, 원가가 상승하고, 인버터의 부피만큼 부피가 커지는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로, 본 발명의 목적은 원가를 절감할 수 있음과 동시에 부피를 줄일 수 있는 자동펌프 및 그 운전 제어방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동펌프는, 일측에는 유체가 유입되는 유입구가 형성되고, 타측에는 유체가 배출되는 배출구가 형성된 하우징; 상기 하우징의 내부에 설치되며, 유체를 상기 유입구를 통하여 상기 하우징 내부로 강체로 유입시켜 상기 배출구를 통하여 강제로 배출하는 임펠러; 상기 임펠러를 회전 또는 정지시키는 다단(多段)으로 회전속도의 변속이 가능한 모터; 상기 모터를 제어하는 제어부;
상기 하우징의 내부 압력을 감지하여 상기 제어부로 송신하는 압력센서; 상기 압력센서에서 상기 제어부로 송신한 상기 하우징의 내부 압력에 대응하는 신호에 따라, 상기 모터의 고정자 코일의 권선수를 선택적으로 변경함으로써, 상기 모터의 회전속도를 설정된 다단의 회전속도 중 어느 하나의 회전속도로 회전시키거나, 정지시키는 스위칭부를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동펌프의 운전 제어방법은, 하우징, 상기 하우징의 내부에 설치되며 유체를 상기 하우징 내부로 강제로 유입시켜 배출하는 임펠러, 상기 임펠러를 회전 또는 정지시키는 다단(多段)으로 회전속도의 변속이 가능한 모터, 상기 하우징의 내부 압력을 감지하는 압력센서를 구비하는 자동펌프의 운전 제어방법에 있어서,
상기 하우징의 내부 압력을 감지하여 설정 압력과 비교하는 단계; 상기 하우징의 내부 압력이 상기 설정 압력 보다 높으면 상기 하우징의 내부 압력을 계속 감지하고, 상기 하우징의 내부 압력이 상기 설정 압력 이하이면 상기 모터를 구동시키는 단계; 상기 모터의 구동상태에서의 상기 하우징의 내부 압력의 변화를 감지하여, 상기 하우징의 내부 압력에 변화가 있으면 상기 모터의 고정자 코일의 권선수를 선택적으로 스위칭하여 회전속도를 증속 또는 감속시키는 단계를 수행한다.
본 발명에 따른 자동펌프 및 그 운전 제어방법은, 유체의 유로를 형성하는 자동펌프의 하우징의 내부 압력 변화에 따라, 모터의 고정자 코일의 권선수를 선택적으로 스위칭하여 결선함으로써, 모터의 회전속도를 설정된 다단의 회전속도 중 적절한 어느 하나의 회전속도로 변속하거나 정지시킨다. 따라서, 종래의 자동펌프에 사용된 인버터가 필요 없으므로 원가가 절감되고, 부피가 감소된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동펌프의 사시도.
도 2는 도 1의 "A-A"선 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동펌프의 모터를 변속하는 스위칭부인 고정자 코일의 결선도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동펌프의 압력센서의 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동펌프의 구동 제어방법을 보인 흐름도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동펌프의 정지 제어방법을 보인 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자동펌프 및 그 운전 제어방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동펌프의 사시도이고, 도 2는 도 1의 "A-A"선 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 자동펌프는 상호 결합된 제 1 하우징(111)과 제 2 하우징(115)을 가지는 하우징(110)을 포함한다.
하우징(110)의 일측면 및 타측면에는 물과 같은 유체가 저장된 수원(水源) 등과 연통되는 유입구(111a) 및 수도꼭지 등과 같은 사용처와 연통된 배출구(115a)가 각각 형성된다. 더 구체적으로 설명하면, 유입구(111a)는 제 1 하우징(111)에 형성되고, 배출구(115a)는 제 2 하우징(115)에 형성된다.
유입구(111a)와 인접한 하우징(110)의 내부에는 임펠러(120)가 설치되고, 배출구(115a)와 인접한 하우징(110)의 내부에는 모터(130)가 설치된다. 임펠러(120)는 모터(130)에 의하여 회전하면서, 유체를 유입구(111a)를 통하여 하우징(110)의 내부로 강제로 유입시켜 배출구(115a)를 통하여 하우징(110)의 외부로 강제로 배출시킨다.
본 실시예에 따른 자동펌프는 임펠러(120)가 2개 설치되며, 임펠러(120)와 임펠러(120) 사이에는 디퓨저(125)가 설치된다. 디퓨저(125)는 상대적으로 유입구(111a)와 인접하게 설치된 임펠러(120)에서 배출된 유체가 에너지 손실없이 상대적으로 유입구(111a)와 이격되어 설치된 임펠러(120)로 유입되도록 안내한다.
임펠러(120)는 1개 또는 복수개 설치될 수 있고, 임펠러(120)가 복수개 설치될 경우에는 임펠러(120)와 임펠러(120) 사이에 디퓨저(125)가 설치된다. 그리고, 유입구(111a)측에는, 임펠러(120)가 정지하였을 때, 하우징(110) 내부의 유체가 수원측으로 역류하는 것을 방지하는 체크밸브(117)가 설치된다.
그리고, 본 실시예에 따른 모터(130)는, 예를 들어, 저속, 중속 또는 고속 등과 같이 여러 단계(段階)로 회전속도의 변속이 가능하다. 따라서, 임펠러(120)의 회전속도도 저속, 중속 또는 고속 등과 같이 여러 단계로 변한다.
모터(130)는 하우징(110)의 외측에 설치될 수도 있다.
하우징(110)의 일측에는 모터(130)를 포함한 다른 부품들을 제어하는 제어부(140)가 설치되고, 제어부(140)측 하우징(110)의 부위에는 압력센서(150)가 설치된다.
압력센서(150)는 배출구(115a)와 임펠러(120) 사이의 하우징(110) 부위에 설치되며, 하우징(110)의 내부 압력을 감지하여 제어부(140)로 송신한다. 그러면, 제어부(140)는 압력센서(150)에서 송신한 하우징(110)의 내부 압력에 대응되는 신호와 기설정된 압력을 비교한 후, 압력 변화가 있으면, 설정된 조건에 따라 모터(130)를 설정된 다단의 회전속도 중 어느 하나의 회전속도로 구동시키거나 정지시킨다.
이때, 제어부(140)는 압력센서(150)에서 송신한 하우징(110)의 내부 압력에 대응되는 신호 값±소정 값과 기설정된 압력을 비교하여, 압력 변화가 있으면, 모터(130)를 설정된 다단의 회전속도 중 어느 하나의 회전속도로 구동시키거나 정지시킬 수 있다.
모터(130)를 변속시키는 스위칭부는 모터(130)의 고정자 코일(131)의 권선수를 변화시켜, 고정자 코일(131)의 전기력을 변화시킨다. 고정자 코일(131)의 전기력이 변하면, 고정자 코일(131)과 모터(130)의 회전자(137) 사이에 형성되는 전자기력이 변하므로, 모터(130)의 회전속도가 변한다.
상기 스위칭부를 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동펌프의 모터를 변속하는 스위칭부인 고정자 코일의 결선도이다.
도시된 바와 같이, 상기 스위칭부는 고정자 코일(131)을 구성하는 메인코일(131a), 고정자 코일(131)을 구성하며 상호 직렬로 연결된 복수의 서브코일(131b) 및 선택스위치(133)를 가진다.
메인코일(131a)의 일측과 서브코일(131b)의 일측은 접속되고, 메인코일(131a)의 타측과 서브코일(131b)의 타측은 접속된다. 이때, 메인코일(131a)의 타측과 접속되는 서브코일(131b)의 타측 부위는 선택스위치(133)에 의해 선택적으로 조절된다. 즉, 서브코일(131b)의 타측 부위 여러 곳 중 어느 하나의 부위가 선택스위치(133)를 매개로 메인코일(131a)의 타측과 접속된다.
선택스위치(133)가 접속되는 서브코일(131b)의 부위에 따라 고정자 코일(131)의 권선수가 변하므로, 모터(130)의 회전속도는 변속된다.
그리고, 메인코일(131a)에는, 모터(130)가 정지하였을 때, 모터(130)로 공급되는 전원을 차단하기 위한 차단스위치(135)가 마련된다. 선택스위치(133)와 차단스위치(135)는 제어부(140)에 의하여 제어된다.
압력센서(150)에 대하여 도 1, 도 2 및 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동펌프의 압력센서의 단면도이다.
도시된 바와 같이, 압력센서(150)는 몸체(151), 변형판(153) 및 연결단자(155)를 가진다.
몸체(151)는 하우징(110)에 설치된다. 몸체(151)에는 유로(151a)가 형성되는데, 유로(151a)의 일단부측은 유체가 유입되어 흐르고 있는 하우징(110)의 내부와 연통된다. 따라서, 유로(151a)에는 하우징(110) 내부의 유체가 유입된다. 이때, 유로(151a)와 하우징(110)의 내부는 연결관(157)을 매개로 연통될 수도 있다.
변형판(153)은 유로(151a) 내부의 몸체(151)에 설치되어 유로(151a)의 타측을 폐쇄하며, 유로(151a)에 유입된 유체와 접촉한다. 하우징(110)의 내부 압력과 대응하여 유로(151a)의 내부 압력은 변하고, 유로(151a)의 내부 압력에 따라 변형판(153)의 변형 정도는 상이하다.
더 구체적으로 설명하면, 변형판(153)은 세라믹으로 형성된다. 따라서, 변형판(153)이 변형되면, 변형판(153)의 변형 정도에 따라서, 변형판(153)의 저항 값이 상이하게 변한다.
연결단자(155)는 일측은 변형판(153)과 접속되고, 타측은 제어부(140)와 접속되어 변형판(153)의 변형 정도에 따른 저항 값을 제어부(140)로 전달한다.
임펠러(120)에 의하여 유체가 배출구(115a)측으로 배출되고 있는 상태에서, 유로(151a)의 내부 압력이 설정 압력보다 높게 변하면, 배출구(115a)로 배출되는 유량에 비하여 임펠러(120)에 의하여 공급되는 유량이 많음을 의미하므로, 모터(130)를 저속으로 변속시켜 회전속도를 감소시킨다.
그리고, 유로(151a)의 내부 압력이 설정 압력보다 낮게 변하면, 배출구(115a)로 배출되는 유량에 비하여 임펠러(120)에 의하여 공급되는 유량이 적음을 의미하므로, 모터(130)를 고속으로 변속시켜 회전속도를 증가시킨다.
압력센서(150)는 원 터치 피팅(미도시)을 매개로 하우징(110)에 설치될 수 있다. 상기 원 터치 피팅은 튜브와 튜브 또는 튜브와 필터간을 연결하는 일반적인 연결부품이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(110)의 내부로 유입된 유체와 접촉하는 모터(130)의 프레임(138)에는 모터(130)의 온도를 감지하여 제어부(140)로 송신하는 온도센서(160)가 설치된다. 제어부(140)는 온도센서(160)로부터 수신한 신호에 따라 모터(130)를 정지 또는 구동시킨다.
상세히 설명하면, 모터(130)가 구동하고 있음에도 불구하고, 배출구(115a)로 유체가 배출되지 않는 비정상적인 상태 또는 유입구(111a)로 유체가 유입되지 않는 비정상적인 상태가 있을 수도 있다. 그러면, 모터(130)가 과열되어 손상된다. 이를 방지하기 위하여, 모터(130)가 구동하는 상태에서, 온도센서(160)에서 감지된 감지온도가 설정온도 이상이면, 제어부(140)는 모터(130)를 정지시킨다.
한파에 의하여, 하우징(110) 내부의 유체가 결빙되면 펌프가 파손될 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 모터(130)가 정지한 상태에서, 온도센서(160)에서 감지된 감지온도가 제 1 설정온도 이하이면, 모터(130)를 구동시킨다, 그리고, 모터(130)의 구동 후, 온도센서(160)에서 감지된 감지온도가 제 2 설정온도 이상이면 모터(130)를 다시 정지시킨다.
상기와 같이 구성된 본 실시예에 따른 자동펌프의 운전 제어방법을 설명한다.
먼저, 본 실시예에 따른 자동펌프의 구동 제어방법을 도 1 , 도 2 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동펌프의 구동 제어방법을 보인 흐름도이다.
자동펌프로 전원이 공급되지 않아서, 모터(130)가 정지된 상태를 최초의 상태라 가정한다.
도시된 바와 같이, 최초의 상태에서, 단계(S10)에서는 전원을 온(On) 한다. 전원을 온 하면, 모터(130)를 구동시킬 수 있는 대기상태가 되며, 압력센서(150)는 하우징(110)의 내부 압력을 감지한다(S30).
그리고, 단계(S50)에서는 모터(130)의 구동 대기 상태에서 감지한 하우징(110)의 내부 압력과 모터(130)의 구동을 위한 설정 압력을 비교한다.
자동펌프를 설치한 최초의 상태 등과 같이 하우징(110)의 내부에 유체가 없는 경우에는 수도꼭지를 개방하여도 하우징(110)의 내부 압력에 변화가 없다. 그리고, 하우징(110)의 내부에 유체가 유입되어 있으나 수도꼭지가 하우징(110) 보다 상측에 위치된 경우에도 수도꼭지를 개방하여도 하우징(110)의 내부 압력에 변화가 없다.
따라서, 단계(S50)에서는 모터(130)의 구동을 위하여 하우징(110)의 내부 압력과 설정 압력을 비교한다. 이때, 설정 압력은 자동펌프의 특성에 따라 적절하게 설정한다.
그리하여, 감지된 하우징(110)의 내부 압력이 설정 압력 보다 높으면 압력 감지(S30)를 계속하여 수행하고, 하우징(110)의 내부 압력이 설정 압력 이하이면 모터(130)를 구동시킨다(S70).
모터(130)의 회전속도가, 예를 들면, 저속, 중속 또는 고속으로 회전하는 3단(段)으로 구성되었다고 가정하면, 모터(130)는 사용조건에 따라 적절한 회전속도로 구동될 수 있다.
모터(130)의 구동은 제어부(140)에 의하여 대기전력을 차단하는 차단스위치(135)가 온(On) 됨으로써 수행된다. 그러면, 모터(130)의 고정자 코일(131)로 전원이 공급되어 모터(130)가 구동된다. 모터(130)가 구동되면, 임펠러(120)가 회전되므로, 임펠러(120)에 의하여 유체가 하우징(110)의 내부로 강제로 유입되어 배출된다.
다음에는, 모터(130)의 구동상태에서, 하우징(110)의 내부 압력을 감지(S90)한 후, 하우징(110)의 내부 압력에 변화가 있는지를 판단한다(S110).
모터(130)의 구동 상태에서의 하우징(110)의 내부 압력 변화는 배출구(115a)를 통하여 배출되는 유량과 임펠러(120)에 의하여 하우징(110)의 내부로 유입되는 유량의 차이에 의하여 변한다.
즉, 배출구(115a)를 통하여 배출되는 유량이 하우징(110)의 내부로 유입되는 유량 보다 많으면 하우징(110)의 내부 압력이 하강하고, 배출구(115a)를 통하여 배출되는 유량이 하우징(110)의 내부로 유입되는 유량 보다 적으면 하우징(110)의 내부 압력이 상승한다.
그리고, 배출구(115a)를 통하여 배출되는 유량은 수도꼭지의 개폐 정도에 따라 변하고, 하우징(110)의 내부로 유입되는 유량은 임펠러(120)의 회전속도에 따라 변한다. 임펠러(120)의 회전속도는 모터(130)의 회전속도와 대응됨은 당연하다.
수도꼭지의 개폐 정도란, 예를 들면, 배출구(115a)측과 하나의 수도꼭지가 연통된 경우에는 하나의 수도꼭지의 개방정도를 말하고, 배출구(115a)측과 복수의 수도꼭지가 연통된 경우에는 복수의 수도꼭지 중 개방된 수도꼭지의 수를 말한다.
압력 변화(S110)는 배출구(115a)를 통하여 배출되는 유량과 하우징(110)의 내부로 유입되는 유량이 평형을 이루지 않는 상태를 말한다.
예를 들면, 모터(130)가 저속, 중속 및 고속으로 각각 회전할 때, 배출구(115a)를 통하여 배출되는 유량과 하우징(110)의 내부로 유입되는 유량이 평형을 이루는 하우징(110)의 내부 압력을 반복적인 실험을 통하여 찾아서, 저속일 때는 a±α(kgf/㎠), 중속일 때는 a±β(kgf/㎠), 고속일 때는 a±γ(kgf/㎠)로 각각 설정한다. 그리고, 모터(130)가 저속으로 회전할 때 단계 S90에서 감지된 하우징(110)의 내부 압력이 a±α (kgf/㎠)의 범위 이내이면 압력 변화가 없는 것으로 판단하고, 범위 밖이면 압력 변화가 있는 것으로 판단한다. 또한, 모터(130)가 중속으로 회전할 때 단계 S90에서 감지된 하우징(110)의 내부 압력이 a±β(kgf/㎠)의 범위 이내이면 압력 변화가 없는 것으로 판단하고, 범위 밖이면 압력 변화가 있는 것으로 판단한다. 또한, 모터(130)가 고속으로 회전할 때 단계 S90에서 감지된 하우징(110)의 내부 압력이 a±γ(kgf/㎠)의 범위 이내이면 압력 변화가 없는 것으로 판단하고, 범위 밖이면 압력 변화가 있는 것으로 판단한다. 이와 같은 방법으로 압력 변화를 판단한다.
반대로, 모터(130)가 저속, 중속 및 고속으로 각각 회전할 때, 배출구(115a)를 통하여 배출되는 유량과 하우징(110)의 내부로 유입되는 유량이 평형을 이루는 하우징(110)의 내부 압력에 대한 기준 압력을 반복적인 실험을 통하여 찾아서, a kgf/㎠, b kgf/㎠ 및 c kgf/㎠ 로 각각 설정한다. 그리고, 모터(130)가 저속으로 회전할 때 단계 S90에서 감지된 하우징(110)의 내부 압력이 a±α(kgf/㎠)이면 압력 변화가 없는 것으로 판단하고, a±α(kgf/㎠)가 아니면 압력 변화가 있는 것으로 판단한다. 또한, 모터(130)가 중속으로 회전할 때 단계 S90에서 감지된 하우징(110)의 내부 압력이 b±α (kgf/㎠)이면 압력 변화가 없는 것으로 판단하고, b±α(kgf/㎠)가 아니면 압력 변화가 있는 것으로 판단한다. 또한, 모터(130)가 고속으로 회전할 때 단계 S90에서 감지된 하우징(110)의 내부 압력이 c±α(kgf/㎠)이면 압력 변화가 없는 것으로 판단하고, c±α (kgf/㎠)가 아니면 압력 변화가 있는 것으로 판단한다. 이와 같은 방법으로 압력 변화를 판단한다.
본 실시예에서는 하우징(110)의 내부 압력 변화에 따라 모터(130)의 회전속도를 적절하게 변속한다.
압력 변화 판단(S110)에 의하면, 하우징(110)의 내부 압력에 변화가 없거나, 하우징(110)의 내부 압력이 하강하거나, 하우징(110)의 내부 압력이 상승하는 3가지 경우가 존재한다.
하우징(110)의 내부 압력에 변화가 없으면, 하우징(110)의 내부로 유입되는 유량과 배출구(115a)를 통하여 배출되는 유량이 대략 평형을 유지함을 의미하므로, 모터(130)를 현재의 회전속도로 구동시키면서 계속하여 압력 감지(S90)를 수행한다.
그리고, 하우징(110)의 내부 압력이 하강하는 형태로 변하면, 배출구(115a)를 통하여 배출되는 유량이 하우징(110)의 내부로 유입되는 유량 보다 많음을 의미하므로, 모터(130)의 회전속도를 증속(S130)시킨 후, 다시 압력 감지(S90)를 수행한다.
그리고, 하우징(110)의 내부 압력이 상승하는 형태로 변하는 경우는, 배출구(115a)를 통하여 유체가 전혀 배출되지 않거나, 배출구(115a)를 통하여 배출되는 유량이 감소하였음을 의미한다. 그러므로, 하우징(110)의 내부 압력이 상승하는 형태로 변한 경우에는 모터(130)의 회전속도가 설정된 최저 속도인가를 판단한다(S150).
모터(130)의 회전속도가 최저 속도가 아니면, 배출구(115a)를 통하여 배출되는 유량이 감소하였음을 의미하므로, 모터(130)를 감속(S170)시킨 후 압력 감지(S90)를 수행한다.
본 실시예에 따른 자동펌프의 운전 제어방법은 상기의 방법을 계속적으로 수행하여 사용처로 배출되는 유량에 따라 적절하게 모터(130)의 회전속도를 조절한다. 모터(130)의 회전속도는, 전술한 모터(130)의 고정자 코일(131)의 권선수를 스위칭하여 조절한다.
모터(130)의 구동상태에서의 변속은 모터(130)의 설정된 회전속도를 따라 1단(段)씩 순차적으로 증속 또는 감속하는 것이 바람직하다. 이는, 모터(130)의 회전속도가 순간적으로 급변하는 것을 방지하여 모터(130)가 손상되는 것을 방지함과 동시에 많은 에너지가 소모되는 것을 방지하기 위함이다.
단계(S150)에서 모터(130)의 회전속도가 최저 속도로 판단되면, 배출구(115a)를 통하여 유체가 배출되지 않음을 의미하므로, 모터(130)를 정시시키는 단계(S190)를 수행한다. 모터(130)의 정지 제어방법에 대하여 도 1, 도 2 및 도 6을 참조하여 설명한다.
도시된 바와 같이, 모터(130)의 회전속도가 최저 속도이면, 다시 하우징(110) 내부의 압력 변화(S181)를 판단한다. 단계(S181)는 모터(130)를 정지시키기 위한 상태를 더욱 정확하게 판단하기 위한 것이다.
모터(130)가 최저속도로 회전하는 도중, 하우징(110)의 내부 압력에 변화가 있으면, 배출구(115a)를 통하여 배출되는 유량에 변화가 발생하였음을 의미하므로, 압력 감지(S90)를 수행한다. 모터(130)가 최저속도로 회전할 때의 압력 변화(S181)의 기준 값은 자동펌프의 특성에 따라 적절한 압력 이상의 범위로 설정해 놓으면 된다.
자동펌프의 노후화에 따른 성능의 저하, 또는 자동펌프로 저전압이 공급됨으로 인하여 자동펌프는 최초 설계된 성능을 발휘하지 못하는 경우가 종종 있다.
예를 들면, 수도꼭지가 완전히 폐쇄된 상태에서 모터가 최저속도로 구동할 때, 정상적인 경우, 하우징의 내부 압력이 1 kgf/㎠ 까지 상승한다고 가정한다. 그런데, 노후화, 또는 저전압 공급 등에 따른 자동펌프의 성능 저하를 감안하여, 모터가 최저속도로 구동할 때 하우징의 내부 압력이 0.8 kgf/㎠ 이면 압력변화가 없다고 설정하여 모터(130)의 정지를 위한 제어를 수행한다. 그러므로, 실제의 자동펌프의 구동 상태에서는 모터가 최저속도로 구동할 때, 수도꼭지가 폐쇄되지 않았음에도 불구하고 하우징의 내부 압력이 0.8～1 (kgf/㎠)인 경우가 존재한다.
본 실시예에 따른 자동펌프의 운전 제어방법은 모터(130)가 최저속도로 구동하는 상태에서 하우징(110)의 내부 압력 변화가 없다고 판단하였을 때, 수도꼭지가 완전히 폐쇄되었기 때문에 하우징(110)의 내부 압력에 변화가 없는 것인지, 수도꼭지가 완전히 폐쇄되지 않았음도 불구하고 하우징(110)의 내부 압력에 변화가 없는 것인지를 확인한 후, 모터(130)를 정지(S190)시킨다.
모터(130)가 최저속도로 회전하는 도중, 하우징(110)의 내부 압력에 변화가 없으면, 배출구(115a)를 통하여 유체가 배출되지 않음을 의미한다. 그러나, 본 실시예에 따른 자동펌프의 운전 제어방법은 자동펌프의 성능 저하 등을 감안하여 자동펌프의 최대 성능보다 낮게 설정된 기준에 의해 배출구(115a)를 통하여 유체가 배출되지 않는 상태인지를 판단하기 위하여, 압력 변화(S181)가 없으면, 모터(130)를 저속에서 중속으로 증속시키고(S183), 증속된 상태에서의 하우징(110)의 내부 압력을 감지(S184)하여 저장한다. 그리고, 중속으로 증속된 모터(130)를 저속으로 감속시킨(S185) 다음, 감속된 상태에서의 하우징(110)의 내부 압력을 감지(S186)하여 저장한다.
그리하여, 단계(S188)에서는 모터(130)의 증속(S183) 후의 하우징(110)의 내부 압력과 모터(130)의 감속(S185) 후의 하우징(110)의 내부 압력을 비교 판단한다.
이때, 증속 후의 압력과 감속 후의 압력이 일정 범위 내에서 같으면, 수도꼭지의 폐쇄로 인하여 배출구(115a)를 통하여 유체가 배출되지 않음을 의미하므로, 모터(130)를 정지시킨다(S190). 모터(130)의 정지 후에는, 제어부(140)에 의하여 모터(130)로 공급되는 대기전력이 차단된다.
그리고, 증속 후의 압력과 감속 후의 압력이 일정 범위 밖이면, 전술한 자동펌프의 성능 저하 등을 감안하여 자동펌프의 최대 성능보다 낮게 설정된 기준에 의하여 하우징(110)의 내부 압력에 변화가 없다고 판단한 것이므로, 배출구(115a)로 유체가 배출된다. 따라서, 압력 감지(S90)를 수행한다.
모터(130)의 증속 후의 하우징(110)의 내부 압력은 모터(130)의 감속 후의 하우징(110)의 내부 압력에 비하여 크므로, 증속 후의 압력 대비 감속 후의 압력이 일정 이상이면 같다고 판단하고, 일정 이하이면 상이하다고 판단한다.
본 실시예에 따른 자동펌프의 운전 제어방법은 모터(130)의 온도를 감지하여 모터(130)를 정지시키는 것을 포함할 수 있다.
즉, 모터(130)의 구동상태에서, 모터(130)의 감지온도가 설정온도 이상이면, 모터(130)를 정지한다. 이는 유체가 배출되지 않음에도 불구하고 모터(130)가 구동중인 비정상적인 상태나, 유체가 유입되지 않음에도 불구하고 모터(130)가 구동중인 비정상적인 상태에서 모터(130)가 손상되는 것을 방지하기 위한 안전수단이다.
또한, 모터(130)의 정지상태에서, 모터(130)의 감지온도가 제 1 설정온도 이하이면, 모터(130)를 구동시키고, 모터(130)의 구동 후 모터(130)가 제 2 설정온도 이상이 되면 모터(130)를 정지시킨다. 이는, 한파에 의하여 유체가 결빙되어 펌프를 파손시키는 것을 방지하기 위함이다.
본 실시예에 따른 자동펌프 및 그 운전 제어방법은, 하우징(110)의 내부 압력에 따라, 모터(130)의 고정자 코일(131)의 권선수를 선택적으로 스위칭하여 결선함으로써, 모터(130)의 회전속도를 설정된 다단의 회전속도 중 어느 하나의 회전속도로 변속한다. 따라서, 종래의 자동펌프에 사용된 인버터가 필요 없으므로 원가가 절감되고, 부피가 감소된다.
이상에서는, 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.
110 : 하우징 120 : 임펠러
130 : 모터 131 : 고정자 코일
131a : 메인코일 131b : 서브코일
140 : 제어부 150 : 압력센서
160 : 온도센서

Claims (11)

  1. 일측에는 유체가 유입되는 유입구가 형성되고, 타측에는 유체가 배출되는 배출구가 형성된 하우징; 상기 하우징의 내부에 설치되며, 유체를 상기 유입구를 통하여 상기 하우징 내부로 강체로 유입시켜 상기 배출구를 통하여 강제로 배출하는 임펠러; 상기 임펠러를 회전 또는 정지시키는 다단(多段)으로 회전속도의 변속이 가능한 모터; 상기 모터를 제어하는 제어부; 상기 하우징의 내부 압력을 감지하여 상기 제어부로 송신하는 압력센서; 상기 압력센서에서 상기 제어부로 송신한 상기 하우징의 내부 압력에 대응하는 신호에 따라, 상기 모터의 고정자 코일의 권선수를 선택적으로 변경함으로써, 상기 모터의 회전속도를 설정된 다단의 회전속도 중 어느 하나의 회전속도로 회전시키거나, 정지시키는 스위칭부를 포함하며,
    상기 스위칭부는 상기 모터의 고정자 코일을 형성하는 메인코일, 상기 모터의 고정자 코일을 형성하는 상호 직렬로 연결된 복수의 서브코일 및 선택스위치를 가지고,
    상기 메인코일의 일측은 상기 서브코일의 일측과 접속되고, 상기 메인코일의 타측은 상기 선택스위치에 의하여 상기 서브코일의 타측 부위 여러 곳 중 어느 한곳에 선택적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 자동펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인코일에는 대기전력을 차단하는 차단스위치가 마련된 것을 특징으로 하는 자동펌프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압력센서는,
    상기 하우징에 설치되며 일측이 상기 하우징의 내부와 연통되는 유로가 형성된 몸체;
    상기 유로 내부의 상기 몸체에 설치되어 상기 유로의 타측을 폐쇄하며 상기 하우징의 내부 압력 변화에 대응하여 변형되는 변형판;
    상기 몸체에 설치되어 상기 제어부와 접촉되며, 상기 변형판의 변형 정도를 상기 제어부로 전달하는 연결단자를 가지는 것을 특징으로 하는 자동펌프.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 모터에는 상기 모터의 온도를 감지하여 상기 제어부로 송신하는 온도센서가 설치되고,
    상기 제어부는 상기 온도센서로부터 수신한 신호에 따라 상기 모터를 정지 또는 구동시키는 것을 특징으로 하는 자동펌프.
  5. 하우징, 상기 하우징의 내부에 설치되며 유체를 상기 하우징 내부로 강제로 유입시켜 배출하는 임펠러, 상기 임펠러를 회전 또는 정지시키는 다단(多段)으로 회전속도의 변속이 가능한 모터, 상기 하우징의 내부 압력을 감지하는 압력센서를 구비하는 자동펌프의 운전 제어방법에 있어서,
    상기 하우징의 내부 압력을 감지하여 설정 압력과 비교하는 단계;
    상기 하우징의 내부 압력이 상기 설정 압력 보다 높으면 상기 하우징의 내부 압력을 계속 감지하고, 상기 하우징의 내부 압력이 상기 설정 압력 이하이면 상기 모터를 구동시키는 단계;
    상기 모터의 구동상태에서의 상기 하우징의 내부 압력의 변화를 감지하여, 상기 하우징의 내부 압력에 변화가 있으면 상기 모터의 고정자 코일의 권선수를 선택적으로 스위칭하여 회전속도를 증속 또는 감속시키는 단계를 포함하며,
    상기 모터의 구동상태에서 판단한 상기 하우징의 내부 압력이 하강하면 상기 모터의 회전속도를 증속하고,
    상기 모터의 구동상태에서 판단한 상기 하우징의 내부 압력이 상승하면 상기 모터의 회전속도가 최저 속도인가를 판단하여, 상기 모터의 회전속도가 최저 속도가 아니면, 상기 모터의 회전속도를 감속하고, 상기 모터의 회전속도가 최저 속도이면 상기 모터를 정지시키는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 자동펌프의 운전 제어방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 모터가 최저속도 회전하는 상태에서,
    상기 모터의 회전속도를 증속한 다음 상기 하우징의 내부 압력을 감지하고, 증속된 상기 모터의 회전속도를 감속한 다음 상기 하우징의 내부 압력을 감지하며,
    증속후 감지된 상기 하우징의 내부 압력과 감속후 감지된 상기 하우징의 내부 압력이 같으면 상기 모터를 정지하는 것을 특징으로 하는 자동펌프의 운전 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 모터의 고정자 코일은 메인코일과 복수개가 상호 직렬로 연결되어 일측은 상기 메인코일의 일측과 접속되고 타측은 상기 메인코일의 타측과 선택적으로 접속되는 서브코일로 마련되고,
    상기 모터의 회전속도는 상기 메인코일의 타측과 상기 서브코일의 타측 부위 중 어느 한 부위를 선택적으로 스위칭 결선함으로써 변속되는 것을 특징으로 하는 자동펌프의 운전 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 모터의 정지상태에서, 상기 모터로 공급되는 대기전력은 차단되는 것을 특징으로 하는 자동펌프의 운전 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 모터의 온도를 감지하는 온도센서가 더 마련되고,
    상기 모터의 구동상태에서, 상기 모터의 감지온도가 설정온도 이상 이면 상기 모터는 정지하고,
    상기 모터의 정지상태에서, 상기 모터의 감지온도가 제 1 설정온도 이하이면 상기 모터는 구동하고, 상기 모터의 구동 후 상기 모터의 감지온도가 상기 제 1 설정온도에서 제 2 설정온도 이상이 되면 상기 모터는 정지하는 것을 특징으로 하는 자동펌프의 운전 제어방법.
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